引言工程建设用砂石是混凝土中的关键原料，在混凝土结构中起到骨架和支撑的作用。传统天然砂作为一种短时间内不可再生的地方性资源，过度开采易引发多种环境灾害[1]。机制砂石是指由机械破碎后的粒径小于4.75 mm的岩石颗粒，机制砂石生产线具有自动化程度高、运行成本低、节约能源、产量大和污染较少的特点，且机制骨料产品粒度均匀、级配合理、质量相对可控。随着河道禁采等环保政策的实施[2]，机制砂石正逐步取代天然砂石成为砂石的主要品种，我国砂石行业的转型升级和高质量发展将成为行业未来发展的必然趋势。1机制砂与天然河砂的区别及应用优势1.1机制砂与天然河砂的主要区别机制砂与天然河砂的主要区别在于颗粒形貌、石粉含量、坚固性、耐久度、黏合性、抗压性、细度模数等质量指标。在颗粒形貌上，机制砂粒形规则且有棱角，而天然河砂相对较为圆润。总的来说，天然砂颗粒形状在延性、圆度、棱角度方面均优于机制砂，而棱角度参数比较接近[3]。由于制砂工艺的原因，机制砂在制成时含有一定量的石粉（粒径小于0.075 mm的磨细的岩石粉末），而天然河砂经由人工开采和筛分后含有一定量的泥（粒径小于0.075 mm的黏土颗粒）。虽然石粉与泥都不能与水泥等胶凝材料发生水化反应，但是两者之间存在区别。天然河砂中的泥与水泥结晶石之间没有连接作用，天然河砂的含泥量越高，制成的混凝土强度越低；而机制砂中的石粉则可以与水泥结晶石之间保持较好的连接作用，在混凝土中起到为微骨料填充的效应，一定量的石粉含量可以一定程度上提高混凝土的强度[4]。相对于天然河砂，机制砂在坚固性和耐久度上表现较差，主要应用于建筑、市政等建设工程中C60及以下强度等级的混凝土中。对于要求较高的工程中，应对机制砂进行再处理和试验验证以满足工程建设的需要。由于机制砂颗粒形貌具有较规则的棱角特征且硬度较高，因此机制砂在混凝土中骨料之间的咬合力更大，在水泥等胶凝材料中的黏合性更好，制成的混凝土抗压强度也相对更高[5]。细度模数是反映细骨料颗粒粗细程度的技术指标，细度模数越大，表示细骨料粒径越粗；而颗粒级配是指混凝土骨料颗粒各种粒径的搭配比例，按照颗粒级配可将细骨料划分为3个区间[3]。天然河砂一般可以有多种级配，但只有一种细度模数；而机制砂的细度模数可以通过生产工艺人为控制，按用户需求设计生产。生产机制砂的原料来源广泛、质材稳定，可以根据建设工程的重要程度生产不同等级的建筑用砂，生产机制砂经济可行。1.2机制砂的主要应用优势（1）原料来源广泛。机制砂通过开采天然岩石等原料，然后经由专业设备机械破碎而得，在生产的原料来源上有充足的保障，基本不受环境资源的制约。在倡导绿色环保的现阶段，提倡采用尾矿废渣、高炉矿渣、建筑垃圾等工业和建筑废料生产机制砂，提高资源利用率。（2）生产工艺成熟、机制砂品质高。与天然河砂相比，机制砂生产采用的母岩原料来源固定且性质稳定，通过控制原料的性质可以在特定的生产工艺下生产出颗粒级配稳定、颗粒形貌较好的机制砂，满足混凝土配合比设计需求，实现产品质量可控。（3）生产规模可观、适合信息化管理。机制砂的生产大多为工厂化、规模化、集约化生产，可以在选材、破碎等一系列工艺流程上建立质量监控体系，集中把控制生产线，实现机制砂的生产信息化管理，同时机制砂的工厂化、信息化也有利于砂石市场监管和环境治理。2机制砂混凝土的应用现状及现存问题2.1机制砂的应用现状2.1.1机制砂石市场供需现状我国2015—2019年的砂石产量与需求量关系如图1所示。除2018年砂石产量略有降低以外，我国砂石产量基本呈现逐年走高的趋势，2019年国内砂石产量高达203.2亿t，约占全球砂石产量的50%。且每年的砂石产量与需求量基本持平，处于供需两旺的状态，国内砂石市场健康发展。2010—2019年国内机制骨料使用率如图2所示（数据来源中国砂石协会）。2019年我国天然骨料的需求量为50.3亿t，占比24.94%；机制骨料的需求量为151.3亿t，占比75.1%，为天然骨料需求量的3倍左右，且仍在逐年提高。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.021.F001图12015—2019年国内砂石产量与需求量10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.021.F002图22010—2019年国内机制骨料使用率预计到2025年，国内机制砂质量应符合《建设用砂》（GB/T 14684）等有关要求，以I类产品为代表的高品质机制砂石比例大幅提升，年产1 000万t及以上的超大型机制砂石企业产能占比达到40%，利用尾矿、废石、建筑垃圾等生产的机制砂石占比明显提高；矿山建设、生产应符合《砂石行业绿色矿山建设规范》（DZ/T 0316），且要培育100家以上智能化、绿色化、质量高、管理好的机制砂石骨干企业。预计未来5年，我国砂石行业将出现大规模的结构调整和产业升级，部分企业污染环境、破坏生态、乱采乱挖的砂石生产局面将得到有效治理。2.1.2机制砂石行业政策自2016年开始为满足工程对砂石资源的需要，国家陆续出台一系列砂石产业政策和相关配套措施，政策力度大、频率高、范围广，具体情况如表1所示。2020年，发改委等15部门联合印发《关于促进砂石行业健康有序发展的指导意见》，强调各省级相关部门应重视并大力推广机制砂产业高质量健康发展，整治“小、散、乱”的发展局面，围绕提质增效和环境保护两条主线，引导砂石产业的结构调整和转型升级。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.021.T001表1砂石行业相关政策颁发时间政策颁布部门2016《建材工业发展规划》工业和信息化部2016《砂石骨料工业“十三五”发展规划》中国砂石协会2016《绿色砂石骨料生产与应用行动方案》中国砂石协会2018《战略性新兴产业分类（2018）》国家统计局2019《关于推进机制砂石行业高质量发展的若干意见》工业和信息化部等10部门2020《关于促进砂石行业健康有序发展的指导意见》发改委等15部门2.1.3机制砂石相关规范国内机制砂石的相关标准如表2所示。早在2002年就有地方单位编制机制砂在混凝土中的应用技术规程，对机制砂石行业进行指导和规范。但是在后续的10年时间里，国内对机制砂相关技术标准的研究较少。从2012年开始，我国开始重视机制砂行业的发展，相关部门陆续制定机制砂石的相关技术标准，加快建立并逐步完善机制砂石产品及其应用的标准规范体系[6]。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.04.021.T002表2机制砂石相关标准实施年份标准名称代号颁布部门2002《机制砂在混凝土中应用技术规程》DG/TJ 08—506—2002—2011《人工砂混凝土应用技术规程》JGJ/T 241—2011住房和城乡建设部2012《建设用砂》GB/T 14684—2011国家市场监督管理总局2012《建设用卵石、碎石》GB/T 14685—2011国家市场监督管理总局2012《水泥混凝土用机制砂》JT/T 819—2011交通运输部2015《机制砂石生产技术规程》JC/T 2299—2014工业和信息化部2017《机制砂石骨料工厂设计规范》GB 51186—2016住房和城乡建设部2018《砂石行业绿色矿山建设规范》DZ/T 0316—2018自然资源部2019《公路机制砂高性能混凝土技术规程》T/CECS G：K50—30—2018中国工程建设标准化协会2022《砂石骨料生产成套装配技术要求》GB/T 40416—2021国家市场监督管理总局2.2机制砂石行业现存问题近年来机制砂石生产已由简单分散的人工或半机械作坊逐步转变为大规模、集约化、机械化、自动化的标准化工厂，行业发展进步巨大，但仍面临以下问题：（1）质量保障能力弱。受到原岩材料和生产过程的影响，目前市场上的机制砂石仍存在质量保障能力弱的问题。机制砂混凝土性能的主要影响因素为机制砂石的颗粒级配、颗粒形貌、石粉含量和含水率等。由于设备工艺、制砂原料的不同，使得机制砂的石粉含量一般不能得到有效控制，含量过多或过少的现象经常发生。含水率也是影响机制砂质量的重要因素，需要对成品机制砂的含水率进行控制。此外当前行业仍有部分企业机械化、自动化程度不高、质检体系不完善。（2）产业结构不合理。随着机制砂石相关政策的大力推广，近两年机制砂石行业的结构调整和产业升级进度加快，但仍存在着产业集约化、规模化水平不足、“小、散、乱”现象突出等问题。千万吨以上的砂石企业虽然逐年增多，但总数量仍不大。2021年全国千万吨以上的砂石项目为109个，其中投产51个，在建54个。而千万吨砂石生产线主要集中在江西、安徽、浙江、湖北、广东、广西等省区，全国各地的机制砂石发展水平存在较大的区域性差异，局部供求不平衡。（3）标准化体系不健全。随着政策向机制砂石的偏移，各级地方政府制定相应的机制砂石地方应用标准，但在国家标准层面各类机制砂产品应用标准体系尚不完善，在机制砂混凝土配制、现场施工管理等领域仍未形成相关技术规程[6]。此外国内相当一部分的机制砂生产企业不具备机制砂质量检测条件、缺乏专业的质检人员，使得机制砂石的质量难以保障。（4）绿色发展水平低。受到生产工艺的影响，机制砂生产线通常伴随扬尘、噪声和水污染等问题，生产方式粗放且资源回收利用率较低。我国每年产生百亿吨建筑垃圾、尾矿和废石，将这些建筑、工业垃圾变成可再生资源用于生产机制砂石，可实现“变废为宝”，减少填埋占地和环境污染，同时提高资源回收利用率[7]。3结语研究机制砂石在国内应用的最新进展，随着机制砂石产业政策的扶持和推广，机制骨料正在逐步取代天然骨料，成为砂石领域应用最广的基础材料，机制砂石行业正在向标准化、规模化、绿色化的工厂生产过渡。（1）应整合行业的创新资源，加快创新性技术突破，实现机制骨料制造设备和生产工艺的更新迭代，推广使用大数据、工业互联网等新型互联网技术在机制砂石行业的应用。（2）利用新型的节能、减排和尾矿综合利用技术推动机制砂石行业的绿色化改造，实现低碳可循环发展。加强政策引导和帮扶，推动联合重组和产业集聚，提高行业的准入门槛，改善市场参与主体构成，扶优育强，培养一批管理先进、质量可靠、智能绿色的优质企业。（3）针对行业突出问题，出台相应的生产工艺技术标准，健全砂石行业的标准化体系，提高行业整体的技术水平。